PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA
JUDUL PROGRAM
PENGEMBANGAN SISTEM TRACKING ANTENA STASIUN BUMI
UNTUK SATELIT LEO IINUSAT-01
BIDANG KEGIATAN:
PKM-AI
Diusulkan Oleh :
Tri Haryo Putra (2209 106 043) Angkatan 2009
Rizadi Sasmita Darwis (2209 106 012) Angkatan 2009
Dicky Rismawan Raharjo (2209 106 106) Angkatan 2009
Muhamad Aenurrofiq Alatasy (2209 106 023) Angkatan 2009
Riyadi Triwijaya (2207 100 142) Angkatan 2007
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2011
1. Judul Kegiatan : Pengembangan Sistem Tracking Antena
Stasiun Bumi Untuk Satelit LEO
IINUSAT-01
2. Bidang Kegiatan : ( ) PKM-AI ( ) PKM-GT
3. Ketua Pelaksana Kegiatan
a. Nama Lengkap : Tri Haryo Putra
b. NIM/NRP : 2209106043
c. Jurusan : Teknik Elektro
d. Universitas/Institut/Politeknik : Institut Teknologi Sepuluh
Nopember (ITS) - Surabaya
e. Alamat Rumah No Tel./HP : Wisma Permai III No.6, Surabaya
085664971132
f. Alamat Email : [email protected]
4. Anggota Pelaksana : 4 orang
5. Dosen Pendamping
a. Nama Lengkap dan Gelar : Prof. Ir. Gamantyo Hendrantoro,
M.Eng,PhD
b. NIP : 1970 1111 1993 03 1002
c. Alamat Rumah No Tel./HP : Perum ITS Blok U No.15
031-5995060
Surabaya, 3 Maret 2011
Menyetujui
Ketua Jurusan Teknik Elektro
(Prof. Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng) NIP. 1965 1012 1990 03 1003
Ketua Pelaksana Kegiatan
( Tri Haryo Putra ) NRP.2209106043
Pembantu atau Wakil Rektor III
( Prof. Dr. Suasmoro ) NIP. 19550210 198010 1 001
Dosen Pembimbing
(Prof. Dr. Ir Gamantyo Hendrantoro, M Eng) NIP. 1970 1111 1993 03 1002
ii
SURAT PERNYATAAN SUMBER PENULISAN PKM – AI
Dengan ini kami menyatakan bahwa artikel PKM-AI dengan judul :
“Pengembangan Sistem Tracking Antena Stasiun Bumi Untuk Satelit LEO
IINUSAT-01”
disusun oleh:
1. Tri Haryo Putra
2. Rizadi Sasmita Darwis
3. Dicky Rismawan Raharjo
4. Muhamad Aenurrofiq Alatasy
5. Riyadi Triwijaya
Ditulis berdasarkan hasil kegiatan kerja praktek di Laboratorium Antena dan
Propagasi, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut
Teknologi Sepuluh Nopember, pada tanggal 18 Oktober 2010 sampai dengan 31
Desember 2010. Surat pernyataan ini kami buat dengan sebenarnya.
Surabaya, 3 Maret 2011
Mengetahui
Ketua Jurusan Teknik Elektro Penulis Utama,
(Prof. Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng) (Tri Haryo Putra)
NIP. 1965 1012 1990 03 1003 NIM. 2209106043
iii
PENGEMBANGAN SISTEM TRACKING ANTENA STASIUN BUMI
UNTUK SATELIT LEO IINUSAT-01
Tri Haryo Putra, Rizadi Sasmita Darwis, Dicky Rismawan Raharjo,
M.Aenurrofiq Alatasy, Riyadi Triwijaya
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Abstrak
Satelit merupakan salah satu pendukung kemajuan teknologi dalam
bidang telekomunikasi. Hal disebabkan oleh kemampuan satelit untuk
mentransmisikan informasi dari suatu tempat ke tempat lain dengan jarak yang
sangat jauh dengan cepat. Pada saat ini penggunaan satelit masih dikuasai oleh
negara-negara maju seperti Amerika, Jerman, Kanada, Rusia dan lain-lain. Dan
dengan menguasai teknologi satelit ini negara-negara maju tersebut mampu
mengembangkan teknologi-teknologi lainnya yang lebih canggih. Hal ini yang
saat ini sedang berusaha di lakukan di Indonesia dengan adanya proyek IINUSAT
(Indonesia Inter-University Satellite), dengan tujuan meningkatkan kemampuan
mahasiswa Indonesia untuk menguasai teknologi satelit serta dapat membuat
satelit sendiri serta memanfaatkan satelit untuk kepentingan bangsa. Tujuan dari
kegiatan ini adalah mendesain dan membuat suatu software yang dapat melacak
satelit sebagai fungsi utama dari sebuah stasiun bumi. Keberadaan sebuah
stasiun bumi ini merupakan salah satu bagian penting dalam teknologi satelit
karena berfungsi untuk melacak keberadaan satelit dan menggunakan satelit
sebagai media transmisi informasi. Metode yang digunakan dalam kegiatan ini
adalah dengan mempelajari mengenai teknologi satelit terutama stasiun bumi
kemudian mendesain sebuah stasiun bumi beserta software pelacak satelit
kemudian menggunakannya untuk melacak satelit yang telah diluncurkan untuk
berkomunikasi. Hasil kegiatan ini menunjukan bahwa komunikasi dengan
menggunakan satelit dapat dilakukan dengan baik tanpa adanya keterlambatan
waktu apabila karakteristik setiap satelit telah diketahui karena setiap satelit
mempunyai jalur orbitnya masing-masing dan frekuensi yang berbeda-beda,
selain itu hasil dari desain ini nantinya digunakan untuk sistem tracking antena
stasiun bumi yang ada di Elektro-ITS terhadap satelit nano yang akan
direalisasikan oleh proyek INSPIRE (Indonesian Nano-Satellite Platform
Initiative for Research and Education)
Kata Kunci : Satelit, Telekomunikasi, IINUSAT, Stasiun Bumi, INSPIRE.
1
Abstract
Satellite is one of the elements of telecommunication technology
development. It is caused by the ability of satellites to transmit information from
one place to another by vast distances quickly. At present the use of satellites is
still dominated by developed countries like America, Germany, Canada, Russia
and others. By mastering satellite technology, these advanced countries are able
to develop other technologies that are more sophisticated. It is currently being
tried in Indonesia with the project IINUSAT (Indonesia Inter-University Satellite),
with the aim of improving the ability of Indonesian students to master the satellite
technology and can make its own satellites and use it for the benefit of the nation.
The purpose of this activity is to design and create a software that can track
satellites as the primary function of an ground station. The existence of an ground
station is one important part of satellite technology as it works to keep track of
satellites and use the satellite as a medium of information transmission. The
method used in this activity is to learn about technology, especially satellite
ground station and then to design an ground station and satellite tracking
software and then use it to track the satellite that was launched to communicate.
The result of this activity showed that by using satellite communications can be
conducted smoothly without any delay when the characteristics of each satellite is
known, because each satellite has its orbital path and the frequency of each other
satellite is different, except that the results of this design will be used for ground
station antenna tracking system that is in the Electro-ITS on nano satellites that
will be realized by the project INSPIRE.
Keywords : Satellite, Telecommunication, IINUSAT,Ground Station, INSPIRE.
PENDAHULUAN
Satelit komunikasi adalah suatu penerima dan pemancar wireless yang
ditempatkan pada orbitnya disekitar bumi dengan tujuan untuk telekomunikasi.
Satelit telekomunikasi ini menggunakan berbagai macam jenis orbit seperti
Geostationary Satelite Orbit (GEO) yang berada di atas khatulistiwa dengan
ketinggian 35.000 km, Medium Earth Orbit (MEO) yang berorbit 1500 - 36000
km di atas permukaan bumi dan Low Earth Orbit (LEO) yang berorbit rendah
sekitar 300 – 1500 km di atas permukaan bumi.
Satelit LEO adalah satelit yang banyak digunakan untuk tujuan penelitian,
pengembangan teknologi dan sistem komunikasi. Satelit LEO mampu bergerak
lebih cepat dari bumi karena pengaruh orbitnya yang rendah. Untuk melakukan
komunikasi antara satelit dengan bumi maka diperlukan suatu stasiun bumi
(ground station) agar dapat menerima dan memancarkan sinyal informasi yang
berupa gelombang elektromagnetik.
Arah antena stasiun bumi memegang peran utama dalam sistem
komunikasi satelit, karena penyimpangan arah antena akan sangat berpengaruh
terhadap penampilan atau kualitas sinyal komunikasi, meskipun
penyimpangannya hanya terjadi sangat kecil (1). Oleh sebab itu dapat dimaklumi
bahwa pada umumnya antena stasiun bumi selalu dilengkapi dengan berbagai
2
macam peralatan yang berfungsi untuk kemudahan serta ketepatan dalam sistem
pengarahannya. Ada antena yang dilengkapi dengan sistem pengarahan yang
otomatis (auto track), dimana antena akan selalu secara otomatis bergerak
mengarah tepat ke satelit, meskipun satelitnya bergeser-geser terus menerus,
seperti aplikasi yang dibuat oleh Rahal (1) dan Tuli (2). Selain itu ada juga antena
yang dilengkapi peralatan pengarahan yang tidak otomatis (step track), dimana
antena tidak akan mengikuti pergeseran satelit secara otomatis , tapi antena harus
digerakan atau diarahkan oleh manusia baik secara mekanis maupun elektris.
Satelit yang bergerak berputar mengelilingi bumi menyebabkan tidak
selamanya antena stasiun bumi dapat selalu berkomunikasi dengan satelit dan arah
antena stasiun bumi harus dapat mengikuti pergerakan satelit. Jika yang ada di
bumi ini selalu ingin berkomunikasi dengan suatu satelit maka perlu dibangun
beberapa antena stasiun bumi yang menyebar di bumi ini. Untuk meminimalkan
jumlah antena stasiun bumi yang dibangun dan mengatasi dua permasalahan
sebelumnya maka dalam penelitian ini perlu dirancang suatu sistem kendali
antena stasiun bumi yang selalu dapat mengarah dengan tepat ke satelit yang
sedang bergerak agar dapat digunakan sebagai sistem tracking antena stasiun
bumi untuk satelit LEO pada pita radio amatir.
Desain sistem tracking antena stasiun bumi terdapat dua hal yang sangat
penting, yaitu yang pertama menentukan posisi satelit pada orbitnya dan yang
kedua adalah merancang perangkat dari sistem kendali antena stasiun buminya.
Posisi satelit digunakan sebagai input sistem untuk menentukan seberapa besar
antena harus berputar dan mengarah ke satelit. Himpunan elemen yang
menyebabkan ketidakpastian atau gangguan benda-benda di ruang angkasa telah
dihasilkan oleh NORAD. Himpunan elemen ini secara periodik diperbaiki dan
dapat digunakan untuk memprediksi posisi serta kecepatan benda-benda angkasa
yang bergerak mengelilingi bumi. Himpunan elemen dari NORAD ini dinamakan
data Two-Line Element (TLE) dan dipublikasikan oleh celestrak (3). NORAD
mengklasifikasikan benda di ruang angkasa sebagai benda yang dekat dengan
bumi atau near-Earth (periode kurang dari 225 menit) dan benda yang jauh
dengan bumi atau deep-space (periode lebih dari 225 menit) (4). Data TLE yang
digunakan untuk memprediksi posisi dan kecepatan satelit akan menghasilkan
predikasi yang akurat jika hanya menggunakan algoritma yang telah
dipublikasikan dalam jurnal Spacetrack Report Number 3 (4).
Posisi dan kecepatan satelit LEO ditentukan dengan menggunakan
algoritma SGP4 untuk satelit yang posisinya dekat dengan bumi dan SDP4 untuk
satelit yang posisinya jauh dengan bumi. Algoritma ini kemudian diperbaiki oleh
Vallado, (5). Rahal, (1) menggunakan algoritma SPG4 ini dalam aplikasinya. Dan
banyak software simulasi yang telah dikembangkan untuk memprediksi posisi dan
kecepatan satelit juga menggunakan algoritma ini seperti predict, orbitron,
jSatTrak, dan lain-lain.
Software yang dikembangkan dalam penelitian ini adalah jSatTrak.
jSatTrak merupakan free software yang menyediakan kode sumbernya (source-
code) yang dapat diakses dan dimodifikasi dalam penelitian ini dengan berbasis
bahasa pemrograman Java yang digunakan sebagai pelacak satelit. Kegunaan
utama dari software ini adalah untuk mengetahui lintasan dari sebuah satelit dan
juga koordinat terbaru dari satelit. Program ini juga dapat diberi masukan data
koordinat suatu tempat agar dapat diketahui apakah tempat tersebut akan dilintasi
3
oleh satelit. Selain itu dari program dapat diketahui mengenai footprint atau area
pancaran dari sebuah satelit.
TUJUAN
Penelitian ini bertujuan untuk merancang sistem tracking antena stasiun
satelit LEO (Low Earth Orbit) yang bekerja pada frekuensi radio amatir (VHF
dan UHF) agar arah antena selalu tepat mengarah ke satelit sehingga mendapatkan
gain yang maksimum saat satelit berada tepat pada daerah cangkupannya. Design
ini meliputi perancangan software dan hardware sistem kendali antena stasiun
bumi.
METODE PENELITIAN
Penelitian ini menggunakan metode observasi yaitu dengan observasi
langsung terhadap sistem antena stasiun bumi melalui metode deskriptif dengan
mengumpulkan dan menginterpretasi data secara akurat serta optimal sehingga
diperoleh suatu hasil yang baik. Penelitian ini dilaksanakan di Laboratoruim
Antena dan Propagasi Program Studi Telekomunikasi Multimedia Institut
Teknologi Sepuluh November, pada bulan Oktober sampai Desember 2010.
Persiapan Penelitian
Penelitian dilaksanakan dengan pembagian 2 kelompok, dimana kelompok
pertama akan fokus terhadap hardware yang berhubungan dengan perangkat-
perangkat kendali stasiun bumi beserta antenanya dan kelompok kedua akan
mengembangkan software jSatTrak yang telah ada dengan menambahkan
beberapa perlengkapan.
Prosedur Penelitian
Mulai
Kriteria
desain
Pengembangan
software
Integrasi
Pengembangan
hardware
Pengujian
Selesai
Gambar 1. Prosedur Penelitian
4
Gambar 1 menunjukkan bahwa kriteria desain ini akan dipecah ke dalam
subbagian pengembangan hardware dan subbagian pengembangan software,
kemudian setelah masing-masing subbagian selesai akan dilakukan
pengintegrasian agar dapat diuji apakah antara software dan hardware dapat
bekerja dengan baik.
Dalam melakukan penelitian nantinya akan dimulai dengan studi literature
dengan membaca berbagai buku panduan (manual book) masing-masing
perangkat untuk mengetahui spesifikasi-spesifikasi perangkat sebelum melakukan
konfigurasi agar tidak terjadi human error yang akan berakibat fatal terhadap
perangkat. Saat melakukan konfigurasi nantinya akan menemukan berbagai
masalah pada perangkat sehingga diperlukan troubleshooting agar perangkat
tersebut dapat saling bekerja dengan baik. Selain melakukan studi literature maka
diperlukan membaca referensi-referensi buku mengenai bahasa pemrograman java
agar dapat mengembangkan software yang akan digunakan nantinya.
Analisa Data
Analisa kinerja antena stasiun bumi dilakukan dengan cara menganalisa
elemen orbit satelit atau data TLE dan pengaruhnya terhadap kinerja antena
stasiun bumi. Analisa elemen orbit ini dapat berdasar pada hukum kepler I, II dan
III.
Gambar 1.Hukum kepler I, fokus: F1 dan F2, a: semi mayor axis, b:
semi minor axis dari sebuah ellips (6)
dimana : e = eksentrisitas
a = semi major dari ellips
b = semi minor axis
Untuk orbit yang berbentuk ellips, besarnya nilai eksentrisitas adalah 0 <
e < 1, jika e = 0 maka orbit akan berbentuk lingkaran sempurna dan jika e = 1
maka orbit akan berbentuk garis lurus.
Hukum kepler II
5
Persamaan (1)
Gambar 2. Ilustrasi Hukum Kepler II (6)
Hukum Kepler II menyatakan bahwa luas daerah A1 akan sama dengan luas
daerah A2. Kecepatan satelit pada masing-masing posisi akan sebesar S1
meter/detik dan S2 meter/detik, dan didalam Gambar 2 terlihat bahwa besarnya
kecepatan pada S2 akan lebih kecil dari pada kecepatan di S1.
Hukum kepler III
dimana :
P = Periode orbit (s)
n = Kecepatan gerak sudut (rad/s)
µ = Konstanta gravitasi geosentris bumi
Dari elemen orbit tersebut dapat dihitung sumbu semi major axis, jarak
antara satelit dengan antena stasiun bumi, periode satelit dan kecepatan satelit.
Jarak antara satelit dengan antena stasiun bumi dan kecepatan satelit akan
berpengaruh terhadap kinerja antena stasiun bumi.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari hasil penelitian akan diperoleh hubungan antar perangkat seperti
Gambar 3. Sistem yang dikembangkan di Laboratorium Antena dan Propagasi ini
menggunakan frekuensi radio amatir yaitu frekuensi 435 MHz untuk uplink dan
145 MHz untuk downlink.
Perangkat komputer terhubung dengan dua interface GS-232A dan CT-17.
Interface GS-232A berfungsi sebagai perantara untuk mengirimkan data tracking
berupa azimuth ke rotator antena G-2800DXA dan rotator antena G-550 untuk
elevasi yang selanjutnya akan memutar antena sesuai data tracking yang diperoleh
dari data TLE yang telah diupdate. Kemudian untuk interface CT-17 terhubung
dengan transceiver IC-910H yang berfungsi untuk mengirimkan dan menerima
sinyal dari satelit melalui antena.
dan
6
Persamaan (2)
Gambar 3 Hubungan Antara Perangkat
Dari perangkat tersebut akan diperoleh hasil rancangan dari penelitian
yang dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4 Antenna Tracking, Elevator, dan Rotator
Antena stasiun bumi diharapkan dapat mengikuti pergerakan satelit yang
melintas dengan nilai sudut, elevasi, dan kecepatan tertentu (terhadap bumi, dalam
hal ini antena tracking stasiun bumi) untuk memperoleh level sinyal yang baik
pada transceiver. Maka pada bidang horizontal tiang penyangga (tiang
penghubung bagian antena UHF dan VHF) dipasang elevator untuk menyesuaikan
dengan elevasi satelit.
Bagian bawah tiang penyangga vertikal antena dipasang dengan rotator
yang dapat berputar sampai dengan 4500 (lingkaran merah bagian bawah Gambar
4) ini memungkinkan antena berputar sesuai dengan nilai azimuth satelit.
Selanjutnya untuk pengembangan software dapat dilihat pada Gambar 5
dan Gambar 6 yang menunjukan software jSatTrak sebelum dan setelah dilakukan
pengembangan.
7
Gambar 5. Software jSatTrak Sebelum dikembangkan
Gambar 6. Software jSatTrak Setelah dikembangkan
Pengembangan software jSatTrak yang kami lakukan adalah penambahan
subprogram yang berfungsi mengirimkan data koordinat pada rotator antena agar
pada saat satelit mulai terlihat dari Surabaya atau tepatnya di Kampus Elektro
ITS, antena dapat mengarah pada satelit dan selalu mengikuti lintasan satelit
sampai pada saat satelit tidak terlihat lagi dari Surabaya. Dari pengembangan
program tersebut maka antena pada saat ini telah dapat mengikuti arah pergerakan
antena dengan baik, sehingga diharapkan dengan antena yang selalu
memposisikan dirinya untuk sejajar dengan satelit, akan diperoleh penerimaan
daya satelit yang optimal. Selain itu peneliti menambahkan program untuk
parking agar antena dapat kembali keposisi semula setelah antena melakukan
tracking terhadap satelit.
Pada penelitian ini juga dilakukan pengujian komunikasi dengan beberapa
satelit LEO seperti AO-51, SO-67, HO-68 dan AO-27, dimana frekuensi kerja
8
satelit-satelit ini sesuai dengan spesifikasi yang digunakan pada stasiun bumi yang
telah dibangun. Pengujian yang dilakukan adalah mentracking dan komunikasi
suara menggunakan mode FM pada ground station dengan satelit yang berfungsi
sebagai repeater, komunikasi antara stasiun bumi dan satelit telah berhasil dengan
indikasi suara yang dikirimkan dari stasiun bumi diterima kembali pada stasiun
bumi dengan baik. Kualitas sinyal sangat berpengaruh dengan perbandingan jarak
lintasan satelit dengan posisi stasiun bumi, semakin dekat jaraknya maka kualitas
sinyal akan semakin baik, begitu juga sebaliknya.
KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan
bahwa untuk memperoleh daya yang optimal dari satelit maka dibutuhkan sistem
tracking agar komunikasi data yang diperoleh dapat diterima dengan baik, karena
dengan sistem tracking ini antena dapat mengikuti arah pergerakan satelit saat
melintas tepat di atas antena tanpa ada keterlambatan waktu, serta dengan adanya
sistem tracking ini, maka dapat meminimalkan jumlah antena stasiun bumi yang
dibangun akibat keinginan untuk selalu mengikuti pergerakan satelit. Sehingga
dilihat dari berbagai aspek menunjukan bahwa sistem tracking ini akan
mempermudah pekerjaan manusia dan sangat efektif dan efisien untuk diterapkan.
Diharapkan sistem tracking yang dikembangkan dapat digunakan untuk
mengikuti gerak satelit nano IINUSAT-01 yang sedang dikembangkan oleh
konsorsium INSPIRE.
DAFTAR PUSTAKA
(1) Rahal WA, Benabadji N, Belbachir AH. Software And Hardware Implements
For Tracking Low Earth Orbit (LEO) Satellites. Revue Teledetection.
2008;vol 28: no 2.137-146.
(2) Tuli TS, Orr NG, Zee RE. Low Cost Ground Station Design for Nanosatellite
Missions. North American Space Symposium. AMSAT;2006.
(3) Kelso TS. NORAD Two-Line Element Sets. Available from:URL:
http://www.celestrak.com/NORAD/elements/ . Accessed December 23, 2010.
(4) Hoots, Felix R, Roehrich RL. Spacetrack Report #3: Models for Propagation
of the NORAD Element Sets. U.S. Air Force Aerospace Defense Command.
Colorado Springs. CO; 1988.
(5) Vallado DA. Crawford P. Hujsak R. Kelso TS. Revisiting Spacetrack Report
#3: Rev 1. American Institute of Aeronautics and Astronautics
(AIAA);2006:2006-6753-Rev1.
(6) Roddy D. Satellite Communication. 3rd
Edition. USA:McGraw-Hill; 2001.
9
10
LAMPIRAN
Biodata Kelompok:
1. Ketua Kelompok
Nama Lengkap : Tri Haryo Putra
Tempat dan tanggal lahir : Bengkulu, 8 Juli 1988
Karya ilmiah yang pernah dibuat : -
Penghargaan yang pernah diraih : -
2. Anggota Kelompok 1
Nama Lengkap : Rizadi Sasmita Darwis
Tempat dan tanggal lahir : Pekanbaru, 10 April 1988
Karya ilmiah yang pernah dibuat : -
Penghargaan yang pernah diraih : -
3. Anggota Kelompok 2
Nama Lengkap : Dicky Rismawan Raharjo
Tempat dan tanggal lahir : Surabaya, 18 Januari 1987
Karya ilmiah yang pernah dibuat : -
Penghargaan yang pernah diraih : -
4. Anggota Kelompok 3
Nama Lengkap : M. Aenurrofiq Alatasy
Tempat dan tanggal lahir : Brebes, 29 Juni 1988
Karya ilmiah yang pernah dibuat : -
Penghargaan yang pernah diraih : -
5. Anggota Kelompok 4
Nama Lengkap : Riyadi Triwijaya
Tempat dan tanggal lahir : Kediri, 30 April 1989
Karya ilmiah yang pernah dibuat : -
Penghargaan yang pernah diraih : -
Top Related